助力精彩赛事 解码北京2022年冬奥会上的“黑科技”

王路飞

2022年的春节假期格外有盼头，除了与家人团聚，共庆农历新年之外，将于大年初四开幕的北京2022年冬奥会更是万众期待的盛事。在为运动健儿呐喊助威的同时，冬奥会台前幕后无处不在的科技元素同样值得我们关注。从构建更利于运动员发挥的竞赛场馆，到为观众营造舒适的观赛环境，从保障赛事公平公正进行的各种设备，到实时立体、富于冲击力的超高清转播信号·……以上种种都离不开各种新技术的应用。在这场冰雪盛事即将开幕之时，让我们抢先一步进入奥运时刻，一同解码冬奥会上的众多“黑科技”。

奥运会的发展也是一部生动的科技进化史

一直以来，奥运会既是运动员拼搏的赛场，同样也是各种“黑科技”尽展风采的舞台。1928年阿姆斯特丹奥运会开启了高速摄像机在奥运会上“服役”的生涯，一台应用了当时顶尖图像处理技术的高速摄像机，协助裁判员以慢速重播的图像更精准地判定运动员的动作，以便做出更公正的裁決;1936年柏林奥运会首次通过电视广播对赛事进行报道，许多当地居民与未到比赛现场的运动员一起在奥运村的大屏幕前观看比赛;1972年慕尼黑奥运会首次展现了计算机系统的强大性能，安置在计算机中心的五台电脑同步处理多项比赛的数据，仅需几秒钟即可统计出各项比赛的结果;1992年巴塞罗那奥运会是史上首次使用高清数字电视转播的奥运会;还记得激烈的游泳比赛中那条紧跟参赛选手移动的“世界纪录线”是何时出现的吗？2000年悉尼奥运会首次启用了神奇的虚拟图像技术;2016年里约奥运会引入了VR（虚拟现实）转播技术，世界各地的观众由此在家也能身临其境地体验赛场上紧张激烈的气氛……可以说奥运会的发展史，也是一部生动的科技进化史。

大家还记得2008年北京奥运会的开幕式吧？那是一场直到今天还一直为人所津津乐道的盛典。在当时，科技元素就已经和那届奥运会紧密联系。“科技奥运”是2008年北京奥运会的口号之一，而这样的精神也贯穿了这个过程。除了开幕式上展现的多种高科技手段之外，在各项比赛、裁判、观众的组织等方面，我们也看到了众多科技手段在保障运动员比赛、服务公众中所起到的重要作用。十几年后的今天，当“建设世界科技强国”已成为华夏大地上万众一心的目标之时，北京2022年冬奥会自然也将再次成为展现我国科技成果的绝佳舞台。从赛场建设、赛事组织，到实况转播、后勤保障，北京冬奥会上的“黑科技”无处不在。

新科技赋能竞赛场馆

位于北京市朝阳区近奥林匹克公园林萃路2号的国家速滑馆，又被称为“冰丝带”，是本届赛事唯一新建的冰上竞赛场馆，也是北京2022年冬奧会北京主赛区标志性场馆。除了拥有亚洲最大的全冰面设计之外，“冰丝带”中无处不在的“黑科技”更是从外到内使得它创下了众多世界体育场馆之最。

首先“冰丝带”特别的外观就不简单，它采用世界跨度最大的单层双向正交马鞍形索网屋面，就像一个呈马鞍状的巨大羽毛球拍“绷”在场馆的上方。由于采用了这种结构，“冰丝带”屋面的钢材使用量只相当于传统屋面设计的四分之一。建设者通过49对承重索和30对稳定索编织成长跨198米，短跨124米的索网状屋面，再铺设

1080块4x4米单元屋面板组装而成。由于索网屋面的空间形态非常复杂，张拉以后每一个“方格”空间形态都不一样，因此填充的每一块单元体尺寸也不同，需要通过实测得到数据后再进行加工定制。

同时为营造出轻盈飘逸的丝带效果，“冰丝带”的外立面由3360块曲面玻璃单元拼装而成，通过机械配合工人操作，严丝合缝地嵌入160根S形钢龙骨打造的框架中。曲面幕墙所使用的玻璃，每块尺寸曲面弧度都不相同，全部通过BIM技术在工厂定制、现场安装。这种创新型“冰丝带”状曲面玻璃幕墙，设计灵感来自冰雪运动与速度的结合，盘旋的“冰丝带”象征着速滑运动员髙速滑行时冰刀留下的轨迹，同时22条“冰丝带”又象征着在2022年举办的北京冬奧会。

2020年5月，国家速滑馆斩获2019年度中国钢结构行业的最髙工程大奖一“中国钢结构金奖年度杰出工程大奖”。可以说，无论从建造技术，还是科技含量，“冰丝带”均体现了中国当前建筑行业的最髙水平。

让我们从“冰丝带”清新脱俗的外观设计中转到它的内部，那里同样有着“黑科技”的身影。它采用了全冰面设计，冰面面积约1.2万平方米，是全球首个采用二氧化碳跨临界直冷制冰的冬奧速度滑冰场馆，也是目前中国最大的二氧化碳跨临界直冷制冰系统。二氧化碳跨临界直冷制冰技术是当前冬季运动场馆建设中能充分体现环保、高效的先进制冰技术之一。与传统制冰技术相比，利用二氧化碳制冰不仅不会破坏臭氧层，还能拥有更高的制冰效率，提升幅度可达20%以上。同时该系统还能够将整个冰面的温差控制在0.5℃以内，制冰也更加均匀，不会出现各个部位温度不一样、冰面硬度不均匀的情况。在以0.001秒计时的冬奥会高水平竞技中，这些因素都能成为决胜的关键。值得一提的是，“冰丝带”还会将制冰产生的余热用于运动员生活热水、融冰池融冰、冰面维护浇冰等方面，一年可节省约200万度电，充分体现出绿色环保的设计理念。

冰丝带的全冰面设计也是有讲究的。考虑到冬奥会后场馆也能得到充分利用，全冰面设计能适应多种冰上项目，满足群众健身所需。为了达到这样的效果，“冰丝带”的冰面采用分模块控制单元，类似一个温度不同的“九宫格”可以将冰面划分为若干区域，根据不同项目分区域、分标准进行制冰，可同时开展冰球、速度滑冰、花样滑冰、冰壶等众多群众性冰上运动，着眼于服务赛后可持续利用，努力打造值

得传承、造福人民群众的体育资产。

5G+8K+VR

不用亲临赛场也能有震撼体验

在冬奥会的赛场上，现场观众自然能在第一线感受运动员场上激烈比拼的震撼，那么如何才能让全国乃至全世界的观众也能获得实时、立体的观赛体验，让他们也如临其境？5G、云端技术等先进科技的应用将起到重要作用。

近几年发展如火如荼的5G技术当然不会缺席冬奥会的各种科技保障项目，在赛事报道、转播，现场导览等方面我们都能看到5G的身影。目前，5G信号已覆盖冬奥会所有场馆和连接场馆的道路，为超高清视频、智能服务等应用场景提供了必要的网络连接。同时，5G还在高铁上实现了创新应用。1月6日，北京冬奥列车暨高铁5G超高清演播室在北京清河站正式发车，它将连通北京、延庆、崇礼三大赛场，这是全球首次在350公里时速的高铁列车上依托5G技术打造超高清直播演播室，实现超高清信号的长时间稳定传输。

位于列车8号车厢的“世界首个高铁

5G超高清演播室”是这趟冬奥列车最大亮;点之一。此车厢经过改造，融合局铁5G+4K技术，搭建了世界首个高铁5G超高清演播室，可以实现列车运行中的节目现场录制和直播，同时也可实现赛事直播。高铁5G超高清演播室采用全IP技术构建，在冬奥期间，各国记者可在列车上实現嘉宾访谈、全车厢移动直播报道，为大屏小屏提供虚拟制作、多方连线等服务。

在有限的车厢空间内搭建演播室，并实现长时间、高速移动下节目的稳定传输，要克服许多技术难点，包括信号传输、车内与地面通信等。列车所有车厢都安装了华为5G基站，可以为车内设备提供便捷稳定的移动互联网连接，铁路沿线的5G基站也专门进行了强化，不仅可以正常和高速行驶中的列车内的设备稳定连接，也能提供足够的宽带进行5G超高清直播，这是一项相当了不起的技术成就，要知道因为列车的行驶速度太快，4G等传统的移动通信技术很难与外部基站保持稳定的连接，而我国的5G技术专门针对高铁进行了优化，即使高铁以最高时速运行也能提供稳定的互联网连接。

这还不是全部，北京冬奥列车还拥有全自动驾驶能力，在全球范围内来看，我国率先实现了高铁列车的全自动无人驾驶。列车搭载的主控电脑可以自动分析包括前方路况在内的大量数据，做出最佳判断并控制列车时速，铁路的智能调度系统也可以和列车的电脑进行通信，全自动调度列车的运行，不仅可以最大限度确保列车准点运行，还能提升列车运行的经济性，降低大量的电能消耗。现在，你是不是已经有些期待在接下来的冬奥会期间，也能收看到北京冬奥列车上传来的现场报道了。

除了5G应用广泛铺开，北京2022年冬奥会的转播模式也有了新的改变，那就是“云转播技术”。本届冬奥会将首次实现冬奥会历史上的云转播，依托5G+超高清媒体处理+AI+云大物+区块链技术，打造“全云、全IP、全移动、全网接入即服务”的“四全”云转播平台。云转播，是将前端现场采集的音频信号，通过网络技术直接传到云端存储。导播可以直接在云端，编辑音频和视频素材，并制作成音频视频节目，直接发送到电视机、电脑和手机等观众终端，可以减少大量的工作人员和设备需求，大大提升工作效率。5G可直接将前端设备采集的视频信号，实时传上云平台。在混合采访区，利用远程遥控摄像系统，实现媒体记者跨空间采访。

观众对于奥运转播最核心的诉求依然是超高清画质。高清、流畅的画质永远是体育迷的刚需。在北京2022年冬奥会上，观众有望体验到8K超高清直播技术带来的前所未有的清晰比赛画面。8K超高清直播技术主要借助5G信号高速传输、8K摄像机现场采集和转播实时编辑、中星6C通信卫星信号传输，实现对冬奥会赛事的高清直播，为观众带来更加真实、震撼，更具现场沉浸感的视听体验。2021年12月31日，北京广播电视台冬奥纪实8K超高清试验频道正式开播。该频道作为科技冬奥5G+8K应用的示范集成平台，除了有超过50小时的8K精品节目储备之外，在冬奥会和冬残奥会期间，还将转播超高清信号的比赛实况。据悉，8K超高清试验频道的节目信号正通过歌华有线和IPTV等渠道接入普通家庭。而作为本届冬奥会举办地，北京也将在全市若干点位新建或改造16〜18个支持8K的超高清大屏幕，观众可以在户外欣赏

到该频道转播的8K画质的比赛实况。

对于在手机上观看赛事的用户来说，同样不会缺席这场8K超高清“盛宴”。将于2022年1月底上线的5G+8K高清视频移动应用“京8”，集成了独家制作的8K超高清资源和全球第一款支持8K互动体验的视频播放器。App上线后，将支持用户收看北京广播电视台8K超高清试验频道的现场直播和8K精品节目。观看8K超高清视频时，用户不仅可以实现最高200%。的画面缩放，体验裸眼3D等视觉特效，还可以通过视频投屏，与全家一起感受8K超高清技术带来的现场震撼。

值得一提的是，“交互式多维度观赛体验技术与系统”将首次出现在电视转播中。该系统采用“自由视角”视频技术来展现冰球等冬奥会项目的比赛。过去观众观看的体育赛事直播画面，是由导播在转播车上对多路摄像机拍摄的画面合成为一路信号，导播切到哪个画面，大家就只能看那个画面。而在5G和高速宽带环境下，用户可以自己充当“导播”，随时改变赛场的视角和位置，全方位地欣赏赛场上运动员的一举一动，获得交互式的观赛体验。同时，“自由视角”技术还能协助裁判更快速、精准地做出判罚，使运动员和教练员多角度直观地回顾场上细节。

这套系统的核心是由吊装在赛场中U形架上的几十台相机，和座席中间数个球形摄像头组成。相机采用5G+8K的技术，球形摄像头的分辨率更是高达11K，对赛场中的比赛进行全面拍摄。用户通过相应的App或VR设备接入系统，就可以体验180°自由视角观赛和沉浸式直播，实时观看比赛的精彩瞬间。虽然系统只有几十台相机，但是观众可以看到的视角并不限于这几十个。这是因为这些相机所拍摄的画面通过三维重建和渲染技术，实现了用户交互式、连续自由视点视频生成与传输，可以呈现任意时长和帧率的精彩特效片段，相当于上千台相机同时拍摄出来的效果。据悉，“自由视角”技术实现了多终端的观看，观众除了通过电视机观看以外，也可以通过手机和VR设备进行观看，其中通过VR设备的视角，观众能更容易获得身临其境的观赛体验。

智慧、绿色元素贯穿始终

在北京2022年冬奥会上，到处都充满着“智慧”的影子，各种智能机器人的广泛应用就是最直观的例子。在冬奥会的各个场馆中，我们有望看到一台台“行走”的机器人的身影。据悉在北京冬奥会期间，智能机器人将在各大赛区承担大量工作，“它们”分工明确、智慧快捷，是冬奥会重要的“志愿者”。

在防疫背景下，机器人可以测量馆内人员的体温情况，还可以进行消毒液的喷洒工作，理所当然也被应用在冬奥会场馆之中。其中的雾化消毒机器人采用化学消毒的方式，一次能装16升消毒液，通过头顶上的四向喷头将液化出来的气物喷洒到空气中，一分钟消毒面积可达36平方米，单台机器人消毒面积最多可覆盖1000平方米以上，续航时间4〜5小时，将被用于进行冬奥会场馆大场景的消杀工作。而且工作人员只需要将消毒液提前添加在机器人上，通过手机App就能预设工作时间，等到了设定的时间后机器人就能自动启动执行消毒任务，便捷省心。

还有一种UV紫外线消毒机器人，通过254纳米紫外线波长的光波对赛区进行消毒，消杀效果非常彻底，将被应用于冬奥场馆核心区域的小场景消杀工作。同曰寸，科技智慧运营平台将在冬奥会期间发挥科技力量，实现科技防疫。通过内场感知网络和随身感知终端，全面呈现人员的动态流线、聚集接触的情况和区域停留的时间等具体信息，助力冬奥场馆防疫防控。值得一提的是随身感知终端中的一种可穿戴“体温贴”。“体温贴”是一款内置了芯片的“无线电子体温计”，是专门针对连续体温检测的医疗电子设备。“体温贴”可以和手机上的App绑定，将检测到的体温数据远程、实时上报给数据后台，通过前端智能体温计搭配体温检测管理系统，可以起到实时检测工作人员体温的效果。远程的监控系统，每3秒采集一次体温数据，一旦超过37.3°C，系统就会自动报警，以短信的方式通知防疫管理人员。这个可穿戴“体温贴”还是全球最小、测温最精准的可穿戴式连续智能测温设备之一，测温芯片只有米粒大小，检测体温的误差在0.1C-0.2C之间，最小可达0.05C，充满电后可以连续使用10天。

除了防疫，5G送餐机器人、室外物流机器人也将在冬奥会中发挥重要作用。它们既减少了人员接触，也能承担大量的运送工作。在冬奥会的智慧餐厅中，自动餐饮设备能够24小时运作，保证点餐、制餐、出餐全流程自动化完成。每一台智能烹饪设备均配置了信用卡及手机支付系统，方便各国人员点餐。有意思的是，智能咖啡设备也将应用在本届冬奥会上。一台双臂协作机器人可以左右开工，精准执行各种动作，完成取豆、称重、取水、上水、冲泡等一系列咖啡制作工艺。同时，机器人能够复刻大师级手冲咖啡的流程，像咖啡大师一样进行拉花操作，全程只需4分钟，就可制作一杯醇香的咖啡。此外，无人车售卖、无人车清扫和无人超市等服务也将为运动员、教练员提供自动跟随、行李运送、音乐互动表演等多种服务。

“绿色办奥”是北京2022年冬奥会一直以来秉承的理念，竞赛场馆将全部采用绿色和可再生能源供电。作为本届冬奥会的重点配套工程，张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程可以将张家口的风电、光伏等清洁能源转化成稳定的电能送入北京，助力北京冬奥场馆实现奥运史上首次100%清洁能源供电。据悉，张北柔

直工程是世界上首个输送大规模风电、光伏、抽水蓄能等多种能源的四端柔性直流电网工程，也是世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程，核心技术和关键设备均为国际首创，创造了12项世界第一。工程投产后，能够满足700万干瓦新能源装机的外送和消纳需求，每年可输送140亿干瓦时清洁电力，相当于北京市年用电量的1/10，可全面满足26个冬奥会场馆用电需求，每年节约标准煤490万吨，减排二氧化碳1280万吨。

在本届冬奥会上，氢能源汽车将成为赛事主要服务车辆。在延庆赛区和张家口赛区，总共将投入700余辆氢燃料大巴车，为赛事提供交通运输服务保障。这种氢能客车续航里程达630公里，能实现零下30℃低温启动，满足北方城市低温运行要求。相较传统化石能源车辆，氢能客车每行驶100公里，可减少约70公斤二氧化碳排放。氢能大巴的“心脏”是氢燃料电池，2021年12月初，我国首条全自主可控的国家电投30万平方米质子交换膜生产线在武汉投产，推动了我国燃料电池核心材料产业向前大步迈进。值得一提的是，2022年1月6日，国内首座站内氢气检测实验室——中国石化西湾子氢气检测实验室在河北崇礼正式投运。该实验室能完成燃料电池氢气的13项典型指标检测，为保障冬奥会氢能质量安全可靠提供技术支撑。

“黑科技”护航静待冬奥精彩

不难看出，北京2022年冬奥会将成为一届科技含量很高的奥运盛会。有了这些“黑科技”的加入，不仅能为参赛人员、现场观众提供更好的赛时服务，还能给在家过年的你我带来更好的观赛体验。更重要的是，科技助力冬奥会，是实现冰雪运动可持续发展，以及绿色奥运、全民参与的关键一步。运动员们在冬奥会赛场上追求更快、更高、更强，中国的科技力量也将同步闪耀。北京冬奥会，注定将因为科技而更加精彩。让我们一起期待北京2022年冬奥会的成功举办。

熟悉《微型计算机》的读者应该都知道，编辑部的所在地是重庆。在我们搜集整理此次冬奥会上的"黑科技"时，也欣喜地看到重庆的科技工作者为冬奥会助力颇多。在这之中，重庆大学作为当地规模最大的高等学府，充分发挥了学科优势，牵头承担了"科技冬奥"重点专项中的多项课题和任务，其中就包括了为运动员训练提供数据支撑。

在冬奥会滑雪比赛中，"风"是一个影响运动员滑行的重要因素，怎样让风对运动员的影响更小，是一个复杂的问题。重庆大学参与的"科技冬奥"专项课题针对雪场的风环境进行研究，为我国运动员和教练员提供决策依据和支持。

在雪道速降过程中，影响运动员滑行的因素包括运动员体型、技战术、赛道条件、雪况、风速以及滑雪装备的特性等，运动员在滑行过程中受到重力、空气升力和阻力、地面支撑力和摩阻力以及骨骼肌肉力等作用，其中空气阻力与运动员的姿势有很大关系。重庆大学"科技冬奥"团队通过实地勘测和3D建模，建立了实用、高效、精确的高山滑雪运动员速降模型，并利用风洞实验装置来验证，以确保计算的准确性。怎样调整正确的姿势？怎样正确地选择装备？将研究数据提供给冬奥会运动员、教练后，可以实现运动员战术、技术、装备与体能综合的个性化训练方案，从而发挥主场优势，提高比赛成绩。

北京冬奥会除速滑馆、冰立方等少量永久性场馆外，绝大部分的观赛、生活、医疗等赛事保障基础设施均以临时设施为主，包括观众看台、转播塔、桥架、led大屏、厕所、临时用房等。为了保障严寒、山地、强风条件下大规模临时设施的安全，重庆大学"科技冬奥"团队研发了严寒山区复杂地形下大面积高容量临时设施安全运维监测系统。通过在临时设施上安装温度、湿度等环境传感器，以及振动、倾角、应变等结构响应传感器，实时监测临时看台的状态，随时对其进行"健康体检"。据悉在崇礼赛区和延庆赛区，团队一共安装了30套设备对临时设施进行安全监测，设备要等冬奥会和冬残奥会结束后才会拆除，期间所有的监测数据都会实时发给现场的运维人员，对临时设施架体进行及時维护。